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平高集团李占军:电力储能系统安全设计及应用实践探讨

北极星储能网  来源:北极星储能网    2020/9/1 8:47:55  我要投稿  

北极星储能网讯:围绕着储能电站安全运行的目标,我们认为持续提升的方向在以下几个方面,一个是加快储能技术标准落地,加强储能标准化建设,促进储能行业安全稳定发展,目前在储能电池、电池管理系统、PCS有一些国家标准相应出台,但是在储能系统应用、产品检测、并网调试、消防安全、运维管理方面还需要做出一些努力,在标准出台的情况下加强产品制造以及建设施工阶段的过程管控,把握关键工序防控关键点。

——平高集团李占军

2020年8月26-28日,由中国能源研究会、中关村管委会、中关村科学城管委会指导,中国能源研究会储能专委会、中关村储能产业技术联盟、中国科学院工程热物理研究所联合主办的“第九届储能国际峰会暨展览会”在北京召开。峰会主题聚焦“聚储能十年之势,创产业十四五新机”,同期举办储能联盟十年纪念论坛。北极星储能网、北极星电力APP对本次峰会进行全程直播。

在8月28日举办的“储能安全与标准”分论坛上,平高集团储能科技有限公司市场支持部部长李占军作了“电力储能系统安全设计及应用实践探讨”主题报告。

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平高集团李占军

李占军:感谢主办方和各位听众,下面由我为大家分享的是电力储能系统安全设计及应用实践,希望我的分享能够促进今天的会议。我想从以下五个方面介绍,首先我们来了解一下储能电站的构成,在这里我想列两个百兆瓦级储能电站,第一个是河南电网百兆瓦电池储能示范工程,这是一个分散式的储能电站,整体规模是100.8兆瓦时,它是分布在河南省9个市16座在运的变电站,这是分散式储能的典型,这个示范工程是采用分散式布置、集中式控制的方式,设计采用标准化的设计,单个站的规模,标准规模是4.8兆瓦/4.8兆瓦时,这个储能电站包括4台电池预制舱,四台箱变,一台高压电缆分置箱和一套二次设备,能够实现紧急功率支撑、调峰调频以及无功补偿、节能等高级功能。第二个是昆山储能电站,它的整体规模是110.88/193.6兆瓦时,总共是划分为4个区,包含了88台电池预制舱,单舱规模是2.2兆瓦时,采用的是磷酸铁锂的电池方案,四回35千伏线路接入220kV昆山变的35千伏侧,我们看到的图片当中4个建筑物是升压室,里边布置了PCS、变压器和开关柜等配电设备,整体发挥作用是实现电网的紧急功率支撑、调峰、调频和无功支撑。

第二部分结合平高在河南电网在内已经投运储能电站将近两年的运维经验,分享一下在储能电站当中我们经常遇到的一些问题。在电池方面,经常会遇到一些电池的单体电压跳变、相邻单体电压的镜像,包括在充放电的时候系统容量变化过快以及电池容量不足等问题,这些都会直接影响到电池的运行,在最右侧图片当中可以看到一些连接器的温度也是一个风险点,常见的BMS问题有电池自检失效、模块失效、BMU丢失、温度跳变、温差过大以及温度采断线等问题,这些问题也是直接影响到运行,从系统层面遇到的问题有通信系统故障,整个系统充放电转换效率低,以及响应时间;在其他方面会存在一些通信线路的接触不良造成信号中断以及电池集装箱或者是升压舱整体风道设计不合理,造成单个集装舱或者预制舱出现温升过快的情况。

我们围绕着储能电站安全运行的目标,在设计阶段考虑哪些内容以及注意事项,我将从以下几个方面为大家进行分享。两个大的方向,一个电站级的系统设计,这块我们通常会考虑接入系统设计,这个也是储能电站在涉网入网必备条件,第二个通讯架构设计,围绕着储能电站未来发挥什么样的功能做针对性的通讯结构设计,第三个厂区布置和消防设计,在消防设计方面目前国内相关的标准相对缺乏,更多是采用舱体的气体消防和站区的水消防。

本次的分享重点围绕着电池预制舱系统设计,这个图是我们在江苏近期项目当中一个典型的设计,在这个图片当中可以了解一下整个储能电池预制舱的内部结构以及组成部分,包括了电池簇、汇流柜、配电柜,消防采用气体消防和细水雾消防,主要围绕着电池选型、结构设计、保护策略、消防设计、热管理设计方面进行展开。刚才王老师也为我们分享了电池热失控方面的一些精彩的演讲,实际上电池依靠一个严苛的装备制造工艺,另外它的性能表征实际上是一个很多的参数构成的,我们在储能建设过程中是需要根据项目的需求来选择相关的电池。在结构设计部分,我们重点考虑预制舱的材料要求,包括焊接的要求,材料的选型,以及防雨、防尘设计,包括预制舱承重设计、运输加固设计,在结构设计这块真的是“千里之堤、溃于蚁穴”很多细节的问题要考虑到,否则可能会影响电池预制舱的运行。电气设计方面进行PACK的设计时考虑电池一致性,电池插箱、电池簇的绝缘。在接地设计方面要考虑确保电池插箱和电池簇接地的连续性,另外进行短路保护设计以及BMS设计。在热管理设计方面,将电池的热物性能通过温度场的仿真,作为理论的依据,最终对整个风道以及出风口的设计,选择出风口的大小,合理增加扰流板,另外对整个风道进行保温性能方面的设计,目标是让电池在一个适宜的温度范围内运行。消防设计坚持预防为主防消结合的原则,这里列举的是被动消防,气体消防和细水雾消防设计,最后制定出一套适宜的策略,这样才能将保护功能做的完备。

最后一项在保护策略方面,通过以下几个方面,一个是通过BMS对电池的电压、温度、电流进行全面的监测,另外我们通过EMS来实现整站电气设备信号的接入。第二个多层级保护体现在围绕着储能电站运行和安全这两个目标,我们针对不同的故障进行分类的预警,多重保护体现在将除了BMS主动以及EMS后备,另外将被动消防相互结合,最后是一些保护策略的优化。

围绕着储能电站安全运行的目标,我们认为持续提升的方向在以下几个方面,一个是加快储能技术标准落地,加强储能标准化建设,促进储能行业安全稳定发展,目前在储能电池、电池管理系统、PCS一些有国家标准相应出台,但是在储能系统应用、产品检测、并网调试、消防安全、运维管理方面还需要做出一些努力,在标准出台的情况下加强产品制造以及建设施工阶段的过程管控,把握关键工序,防控关键点。

第四方面为大家做一些应用实践的介绍,昆山储能电站是单体容量最大的电网侧储能电站,整站建设有4个分区,从4回出线介入到昆山变,整站建设一套机控中心,含有88台电池预制舱,实现电能的储存。单舱容量是2.2兆瓦时,舱体之间设置一些防火墙,做一些物理的隔离,在这个项目当中江苏省公司在灭火机理和措施方面也付出了很大的心血,采用了气体消防与细水雾消防相结合,有利于保护功能的完善。运维对于储能电站安全运行也起了一个至关重要的作用,在后期电站运维方面,平高在实践采用一些规范化的运维管理和标准方案,我们在围绕储能电站运维什么样的内容,依靠什么样的团队,需要什么样的一套工具。采用被动处理和主动维护相结合的方式,另外分类开展设备状态评价,我们针对于不同设备的特性开展针对性的设备状态评价,用于做一些故障的预警。

第五部分简单介绍一下平高集团储能开展的一些情况,平高集团今年成立50周年,我们目标打造国际一流储能产业平台,服务清洁能源并网、电网调频调峰、削峰填谷等场景,专注大容量储能业务,目前我们在北京、天津、江苏、河南、浙江、山东、西藏、安徽等全国多个省份,在电网侧和新能源侧做了一些储能的应用实践,储能规模达1GWh,平高集团积累了丰富的建设和运行经验,具备百兆瓦级储能电站成功建设的经验和优势。同时平高集团以开放合作的态度,希望和行业同仁共同推进储能产业的发展。介绍完毕,谢谢大家。

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